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1、水文地质学,第十三讲 裂 隙 水,2019/10/27,2,OUTLINE,Introduction 裂隙水的类型 成岩裂隙水、风化裂隙水 构造裂隙水 裂隙介质及其渗流 裂隙介质研究方法简介 构造带的水文地质意义,2019/10/27,3,概 述,地下水分类的复习：按储水介质，地下水可分为孔隙水、裂隙水和岩溶水。 裂隙介质是指坚硬基岩在应力作用下产生的各种裂隙。按成因可分为成岩裂隙、构造裂隙和风化裂隙。 储存并运移于基岩裂隙中的地下水，即裂隙水，往往具有与孔隙水很不相同的特点。,2019/10/27,4,据下图说明裂隙水有别于孔隙水的特征？,裂隙水的主要特征,裂隙水表现出强烈的不均匀性、各向异
2、性、随机性; 一般不形成具有统一水力联系、水量分布均匀的含水层，而是构成若干带状或脉状裂隙含水系统。,2019/10/27,5,象裂隙介质一样，裂隙水也分为成岩裂隙水、构造裂隙水和风化裂隙水，三者之间也存在一定的差异。 成岩裂隙水：成岩裂隙是岩石在成岩过程中受内部应力作用而产生的原生裂隙（沉积岩固结脱水、岩浆岩冷凝收缩均可产生裂隙）。沉积岩、深成岩浆岩的成岩裂隙多为闭合裂隙，含水意义不大。 喷出地表的玄武岩成岩裂隙最为发育，岩浆冷凝收缩时产生六方柱状节理和层面节理。可以形成储水丰富、连通良好的层状裂隙含水系统。 岩脉和侵入岩接触带，由于冷凝收缩 以及冷凝较晚的岩浆流动产生的应力，张开裂隙发育，
3、常形成近乎垂直的带状裂隙含水系统。,裂隙水的类型,2019/10/27,6,风化裂隙水 暴露于地表的岩石在温度、水、空气、生物等地质营力作用下形成风化裂隙； 风化裂隙常在成岩裂隙和构造裂隙基础上发育，形成密集均匀、无方向性且连通较好的裂隙网络； 风化营力决定了风化裂隙仅发育于地表，一般厚度数米至数十米，下部未风化母岩构成隔水底板，故风化裂隙水一般为潜水。如被后期沉积物覆盖的古风化壳可以形成承压水。,裂隙水的类型,这两个泉属于什么泉？,2019/10/27,7,风化裂隙水 风化裂隙的发育受岩性、气候和地形控制。 多种矿物组成的粗颗粒结晶岩，不同矿物热胀冷缩程度不均一，风化裂隙发育。 气候干燥温差
4、大的地区，岩石热胀冷缩以及冻胀作用强烈，易于形成导水的风化裂隙。 地形较缓，剥蚀及堆积作用微弱的地区，有利于风化壳的发育与保存，如果地形条件也有利于汇集降水，则可形成规模稍大，常年能提供一定水量的风化裂隙含水层。,裂隙水的类型,那么，相反呢？,2019/10/27,8,构造裂隙水 构造裂隙是在地壳运动过程中岩石在构造应力作用下产生的。是所有裂隙成因类型中最常见、分布最广、与各种水文地质工程地质问题联系最密切的裂隙类型，也是裂隙水研究的主要对象。 构造裂隙的性质在很大程度上受岩层性质的影响。 在塑性岩层中常发育闭合乃至隐蔽的裂隙，这类岩石中构造裂隙密度大，但缺少具有良好水理性质的“有效裂隙”，多
5、构成隔水层。 脆性岩层中，其构造裂隙一般比较稀疏，但张开性好，延伸远，具有较好的导水性。 沉积岩的裂隙发育与其胶结物成分及颗粒的粒度有关。,裂隙水的类型,2019/10/27,9,构造裂隙水 构造裂隙的特点是具有明显而又稳定的方向性。为什么？,裂隙水的类型,2019/10/27,10,构造裂隙 纵裂隙与构造线大体平行，在褶皱翼部为压剪性，在核部为张性，在背斜核部可形成大裂隙密集带。与层面裂隙共同作用，纵裂隙延伸方向一般就是岩层导水能力最大的方向； 横裂隙一般为张性，张开宽度大，但延伸不远； 斜裂隙一般为剪应力所致，张开度和延伸性都较差；,裂隙水的类型,层面裂隙一般构成沉积岩的主要裂隙组。层面裂
6、隙的多少取决于岩层的单层厚度，越薄层面裂隙越密集均匀；越厚则裂隙稀疏而不均匀。,2019/10/27,11,裂隙及裂隙网络 单个裂隙可以看作两壁之间的一个窄缝，一个独立的裂隙水流通道在三维空间上可被看作一个有限大小形状不规则的板状几何体。 单个裂隙或同一方向上若干个裂隙并不能构成连通的导水空间，只有不同方向上的裂隙交织在一起构成一个导水网络，才能在一定范围内具有传输地下水的功能。,裂隙介质及其渗流,2019/10/27,12,裂隙及裂隙网络 不同规模、不同方向的裂隙通过相互连通而成为导水裂隙网络，构成裂隙含水系统。由于受岩性与应力分布的控制，很难在整个岩层中形成分布均匀、相互连通的张开裂隙网络
7、，因此多数情况下， 构造裂隙含水系统在空间上呈脉状展布，其赋存的裂隙网络是在岩层中的某些应力集中或岩性有利的部位，由大的导水通道汇同周围小的裂隙共同形成具有树状结构的网络。 组成裂隙网络的裂隙按规模分为三类：1）微小裂隙，在岩层中非常密集，但张开性与延伸性都很差；2）中裂隙，岩层中数米一条或一米数条，长度延伸几米至十几米；3）大裂隙，包括断层，在岩层中数量很少，但张开度大，延伸远，在裂隙网络中主要起到 传输地下水的功能。,裂隙介质及其渗流,2019/10/27,13,裂隙水流的基本特征 裂隙含水系统具有树状或脉状结构，一些大的裂隙通道作用突出，使裂隙水表现出明显的不均匀性，有时甚至是突变性。钻
8、孔仅揭露次一级的裂隙，水量不大；仅揭露微小裂隙基本无水；只有揭露大裂隙导水通道，广大范围内裂隙网络中的水才能逐级汇集于主干通道，出现相当大的水量。 在同一岩层打井或挖坑道时，水量会十分悬殊，就因为一个裂隙含水系统是不同级次的集合体，也可能因为同一岩层发育有不同的裂隙含水系统。 坚硬岩体中，裂隙所占的空间的比例很低，只有千分之几千分之十几，裂隙水只在导水网络中的裂隙空间内流动，与孔隙水有很大不同。具有以下两大特点：,裂隙介质及其渗流,2019/10/27,14,裂隙水流的基本特征,2019/10/27,15,裂隙水流的基本特征 由于裂隙水只在裂隙通道内流动，裂隙通道外没有水，裂隙水的渗流场实际上
9、不是连续的，渗流场内的势除了在裂隙中的若干点外都是虚拟的； 水流被限制在裂隙网络中运动，其局部水流域整体流向往往不一致，甚至正好相反。 因此在裂隙岩层中打两个相距很远的钻孔，通过钻孔内的水位确定地下水的水力梯度、流向等是非常不可靠的。,裂隙介质及其渗流,2019/10/27,16,等效多孔介质法 用连续的多孔介质理论来研究非连续的裂隙中的问题。由于二者存在明显的不同，因此不要求两个水动力场完全相似，而是在某些方面相似。如通过调整多孔介质的渗透系数，使二者的泉流量相等。,裂隙介质的研究方法,2019/10/27,17,等效多孔介质法 该法的使用具有严格的应用条件。等效时的含水系统的补、径、排条件
10、不能改变；等效是两种介质在特定功能上的等效，如介质的总体导水能力等效，其他方面不一定。 由于裂隙介质与多孔介质存在本质上的差别，一些与介质细节存在密切联系的地下水参数，如水头、孔压、流向、流速等难以等效。 大范围内导水能力等效是该方法的最常用原则，求解大范围的水量问题也是等效多孔介质法的主要使用范围。,裂隙介质的研究方法,2019/10/27,18,双层介质法 由于裂隙介质存在级次性，大裂隙导水能力强，小裂隙导水能力弱，但数量众多，储水能力不可忽略。 分别用两种不同的等效多孔介质来描述这两类裂隙介质，故称为双重介质法。 在双重介质法中，大小裂隙分别刻画，各自具有自己的独立的参数，但两种裂隙存在
11、水力联系，可以进行水量交换。 双重介质法仍属于连续介质的范畴，本质上是等效多孔介质法，其不同在于大小裂隙空间分别进行描述。,裂隙介质的研究方法,2019/10/27,19,非连续介质法 这是一种真实刻画裂隙本身及裂隙网络结构的研究方法。非连续介质法对裂隙网络中每条具有实际导水意义的裂隙进行精确描述，包括张开程度、延伸长度、产状等，要求作出实测的裂隙网络图。 该法可以准确计算裂隙网络内任一点的水头、渗透流速及流量等。是比较理想的研究方法。 缺点：对实际资料要求高（亦即实际可行性不高）。 应用：研究区域比较小，工作程度比较高的水文地质与工程地质问题，如高边坡稳定性问题。,裂隙介质的研究方法,201
12、9/10/27,20,断层带是应力集中释放造成的断裂，大的断层带宽达数百米，延伸数十至数百公里，切穿若干岩层，构成有特殊意义的水文地质体。 断层的特性以及其导水、储水特征受断层两盘的岩性（脆性或塑性）和断层力学性质（张、压、扭性）的控制。 导水断层带可以起到储水空间、集水廊道和导水通道的作用。 特殊情况：当存在厚层隔水层且断层断距较大时，原来连通的含水层可被分隔成相对对立的块段。,断裂带的水文地质意义,2019/10/27,21,复习思考题,裂隙水与孔隙水相比，主要差别是什么？ 裂隙水的类型及各自特征 裂隙特征和导水性与岩性的关系 为什么“同一岩层中距离很近的钻孔，水量悬殊”？ 为什么说“在裂隙岩层中打两个相距很远的钻孔，通过钻孔内的水位确定地下水的水力梯度、流向等是非常不可靠的”？ 断层带的水文地质意义 “断层两盘的岩性及断层力学性质，控制着断层的导水-储水特征”，请说明。,2019/10/27,22,Any questions?,